GaN介绍及技术.ppt

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1、氮化镓单晶衬底介绍,山东科恒晶体材料科技有限公司,2017年4月,目 录,GaN特点及应用介绍产品及技术优势技术平台及团队,一、GaN特点及应用介绍,中小功率微电子器件,LED、LD等光电子器件,大功率微电子、光电子及微波器件,半导体材料及器件的发展,第一代半导体材料-Si、Ge为主的元素半导体,第二代半导体材料-GaAs、InP等化合物半导体,第三代半导体材料-GaN、SiC等宽禁带半导体,GaN被诺贝尔物理学奖获得者中村修二称为“终极衬底”,第三代半导体材料GaN的特点,1.应用简介,GaN单晶,光电子器件,电力电子器件,GaN MOSFETGaN Diode,太阳能换能器工业马达驱动器输

2、出整流器,半导体固态照明激光光存储激光投影,HB-LED LD,射频器件,有源相控雷达宽带通讯,GaN HEMT Chip,HEMT MMIC,2.照明和激光器,高效率大功率GaN基LED在照明领域能够减少电力消耗，并能够实现主动显示技术。,2.照明和激光器,GaN基LD能够实现蓝光发光，提高信息存储密度，还能应用于激光投影技术、激光照明。,3.电力电子器件,Diode:提高效率，减小体积，适合于高频：功率因子修正；太阳能换能器；工业马达驱动器；输出整流器。,MOSFET：金属氧化物半导体场效应管：极快的开关速度；不依赖于温度的开关性能；可在高频下工作。,4.微波功率器件,GaN衬底用于MOS

3、FET,IGBT，HEMT等器件具有更高的击穿电压，热导率、饱和载流子迁移率。,4.微波功率器件,GaN HEMT MMIC:宽带通讯(通讯基站)GaN HEMT Chip:雷达,相关领域国家发展战略及重大需求,我国每年电子元器件进口规模超过2000亿美元。“十三五”国家科技创新规划将第三代半导体材料作为重点发展方向。发展第三代半导体衬底材料，突破我国功率型器件的发展瓶颈，有助于打通第三代半导体从设备制造到外延封装全产业链。,二、产品及技术优势,主要产品,蓝宝石衬底外延高质量GaN厚膜自支撑GaN单晶衬底,GaN单晶材料技术水平,2英寸直径蓝宝石衬底外延GaN厚膜 厚度：1050m（蓝宝石衬底

4、外延GaN）位错密度：小于1107 cm-2 TTV：10 m BOW：15 m自支撑GaN单晶衬底 厚度：400.0m 30.0m，300m 30.0 m，位错密度：小于5106 cm-2 TTV：10 m BOW：15 m 粗糙度：Ra0.2 nm,技术优势,拥有自主知识产权(1)郝霄鹏，田媛，邵永亮，吴拥中，张雷，戴元滨，霍勤，在SiC衬底上直接生长自剥离GaN单晶的方法，中国，ZL201410113538.3(2)郝霄鹏，戴元滨，吴拥中，张雷，邵永亮，刘晓燕，田媛，一种使用图形化退火多孔结构进行GaN单晶生长的方法，中国，ZL201410114052.1(3)郝霄鹏，李先磊，张雷，邵永

5、亮，吴拥中，戴元滨，田媛，霍勤，利用六方氮化硼纳米片生长高质量氮化镓晶体的方法，中国，ZL201410024671.1(4)郝霄鹏，田媛，张雷，吴拥中，邵永亮，戴元滨，张浩东，一种利用高温退火表征GaN外延层中位错的方法，中国，ZL201410000379.6(5)郝霄鹏，戴元滨，邵永亮，吴拥中，刘晓燕，张浩东，田媛，一种使用减薄键合结构进行GaN单晶生长的方法，中国，ZL201210015837.4(6)郝霄鹏，张雷，吴拥中，邵永亮，张浩东，氢化物气相外延生长GaN单晶用的H3PO4腐蚀籽晶及其制备方法，中国，ZL201110249039.3,GaN单晶国内外发展现状,国际：日本住友电气国内

6、：山东科恒晶体材料科技有限公司 苏州纳维科技只有少数机构掌握GaN单晶的生长技术。,与国内外同类研究综合比较,日本住友电气、法国Lumilog2英寸GaN单晶衬底片位错密度107/cm,2英寸位错密度小于5106/cm2自支撑GaN晶体,腐蚀衬底、减薄-金属键合衬底、多孔衬底等关键技术降低位错密度和应力，方法简便，符合晶体生长规律,衬底制备技术工艺复杂，成本较高,采用二维材料作为位错阻断层，晶体质量得到非常明显的提高,未有相关研究报道,本项研究,同类研究,研究成果与他人评价,有多篇研究论文分别被Nature、Nature China和Nature Materials作为研究亮点进行评论。,本项

7、目研究内容在SPSSM-5国际会议上进行了学术邀请报告。,引用的刊物包括Chemical Society Reviews，ACS Nano,Physical Chemistry Chemical Physics,Nanotechnology,Progress in Materials Science，Nanoscale，CrystEngComm，Applied Physics Letters等权威期刊。,研究成果与他人评价,A 2D barrier to defects采用二维材料阻断了晶体缺陷的延伸，采用这种方法使二维材料下方的缺陷不会影响在其上方生长的氮化镓的晶体结构，制备的LED芯片光功

8、率的提高也证明了氮化镓晶体质量得到了明显改善。,Highlighted by Nature Materials,2英寸GaN单晶衬底用户使用报告,三、技术平台及团队,技术依托平台,山东大学晶体材料研究所的研究始于1958年，1978年正式成立山东大学晶体材料研究所。1987年以晶体所为依托单位建成了山东大学晶体材料国家重点实验室。该实验室是中国晶体材料领域唯一的国家重点实验室，是我国研究与发展晶体材料的重要基地。研究所依托晶体材料国家重点实验室，由材料科学与工程、物理学、化学三个一级博士学位授予点学科支撑,拥有材料学、凝聚态物理两个国家级重点学科和博士后流动站。晶体材料国家重点实验室在非线性光

9、学晶体、激光晶体、半导体晶体研究处于国际领先水平。,郝霄鹏 教授 博士生导师 山东大学晶体材料研究所 晶体材料国家重点实验室 教育部2007年度“新世纪优秀人才”。主要从事宽带隙半导体晶体的生长研究。先后承担了国家863项目、国家自然科学基金、山东省科技攻关、山东省自主创新、山东省优秀中青年科学家科研奖励基金以及山东省自然科学基金等项目；另外，参与了国家创新研究群体、国家973项目、国家自然科学基金重大项目以及教育部重点项目等研究工作。在国际知名期刊上发表论文130余篇，获授权国家发明专利20余项。获得了2015年度中国建筑材料科学技术奖基础研究类二等奖。,技术团队,吴拥中 教授 博士生导师

10、山东大学晶体材料研究所 晶体材料国家重点实验室 主要从事氮化物晶体研究工作，作为项目负责人或主要研究骨干完成多项包括山东省重大专项“2英寸氮化镓单晶基片产业化关键技术研究”、“973-金属/介质纳米结构提高功率二极管量子效率的研究”、自然科学基金“GaN体单晶生长基础研究”等项目，发表学术论文80余篇，获授权17项发明专利，2015年获颁一项省部级二等奖。,技术团队,张雷 博士 副研究员 山东大学晶体材料研究所 晶体材料国家重点实验室 主要从事氮化镓晶体的生长及性能研究工作，作为项目负责人主持了国家自然科学基金“HVPE方法在6H-SiC衬底上生长GaN晶体的应力与表面生长动力学关系研究”、中

11、国博士后科学基金“HVPE方法在6H-SiC衬底上生长GaN单晶的研究”、山东省博士后创新基金“HVPE方法生长GaN体单晶研究”等项目，发表学术论文20余篇，获授权9项发明专利，2015年获得中德博士后国际交流计划资助，目前在德国亥姆霍兹国家实验室于利希研究中心做访问学者。,技术团队,邵永亮 博士 山东大学晶体材料研究所 晶体材料国家重点实验室 自2008年以来一直从事GaN晶体的HVPE生长以及加工、表征和性能研究工作，为国家自然科学基金“利用EBSD技术研究异质外延GaN单晶的缺陷和应力”的负责人，并作为研究骨干参加多项国家和省部级项目，发表学术论文十余篇，授权多项专利，获得了2015年度中国建筑材料科学技术奖基础研究类二等奖。,技术团队,霍勤 博士研究生GaN单晶生长与性质研究,张保国 博士研究生GaN单晶生长与衬底加工研究,胡海啸博士研究生GaN单晶生长与性质研究,王守志博士研究生GaN晶体性质与应用研究,王国栋博士研究生GaN单晶性质与加工研究,常彬博士研究生GaN晶体性质与应用研究,技术团队,谢谢！,